geração, corrente e tensão

ÁTOMO
Átomo de Hélio
• ℮ = Carga elétrica elementar
• Carga de um elétron = 1,6 x10-19C (Coulomb)
• q = carga elétrica
• qelétron = - ℮ = - 1,6 x10-19C
• qpróton = + ℮ = + 1,6 x10-19C
• qnêutron = 0
• Obs: Além dos prótons e do elétrons, existem
outras partículas elementares dotadas de carga
elétrica, como o pósitron e o píon, por exemplo,
que têm carga + ℮.
Charles Augustin de Coulomb
ATRAÇÃO E REPULSÃO
• Corpos eletrizados com cargas de mesmo sinal
se repelem;
• Corpos eletrizados com cargas de sinais
opostos se atraem.
ATRAÇÃO E REPULSÃO
Tabela Periódica
CHAMA DO FOGO
4 eV
Elétron-volts (eV)
• A energia associada a cada elétron é medida
em elétron-volts (eV).
• 1 eV (elétron-volt) = 1,6 x10-19J (Joules)
• Temperatura ambiente ≈ 1,5 x1010
• Temperatura de ambiente (300 K, 25°C)
• Quanto mais longe o elétron estiver do núcleo,
maior será o estado de energia, e qualquer
elétron que tiver deixado seu átomo de origem
apresentará um estado de energia maior do que
qualquer outro na estrutura atômica.
• Entre os níveis de energia estão os intervalos
(gaps), nos quais nenhum elétron na estrutura
atômica isolado pode aparecer.
NÍVEIS DE ENERGIA
BANDAS DE CONDUÇÃO E VALÊNCIA
Arseneto de gálio
• À temperatura de ambiente (300 K, 25°C), um
grande número de elétrons de valência adquire
energia suficiente para sair da banda de valência,
atravessar o gap de energia definido por Eg e
entrar na banda de condução.
ISOLANTE
• São materiais que oferecem
resistência à corrente elétrica.
elevada
• Ar (quando seco);
• Óleo mineral (Iivre de água e de ácidos);
Ex: Transformadores média tensão refrigerado
em óleo mineral isolante .
• Algodão;
• Cera;
• Goma laca (para altas tensões);
• Vidro;
• Papel;
• Mica (sólido de escamas);
• Amianto (pedra fibrosa);
• Borracha;
• PVC (cloreto de polivinila);
• Quartzo;
CONDUTOR
• São materiais que oferecem pequena
resistência ao deslocamento dos elétrons.
• Prata;
• Cobre;
• Alumínio;
• Ouro.
• O condutor tem elétrons na banda da condução
mesmo a 0 K ou zero absoluto (-273,15°C). Por
tanto naturalmente, há muito mais do que
portadores livres suficientes à temperatura
ambiente para manter um fluxo intenso de carga
ou corrente.
Paris no inverno
Nova York no inverno
Inverno em Gramado - Rio Grande do Sul
CONDUTÂNCIA
•G = 1 [ S ]
R
É o inverso da resistência do condutor , R.
GRANDEZA
SÍMBOLO
UNIDADE
CONDUTÂNCIA
G
Siemens (S)
SEMICONDUTOR
• Um semicondutor é, portanto, o material que
tem um nível de condutividade entre os
extremos de um isolante e de um condutor.
• Como o selênio, o óxido de cobre, o germânio
e o silício, mostram uma condutividade que se
localiza entre a dos condutores e a dos
isolantes e que se eleva com aumento da
temperatura.
Estrutura cristalina simples do Ge e Si
Ligação covalente
• A 0 K, ou zero absoluto (-273,15°C), todos os
elétrons de valência de materiais semicondutores
estão presos na camada mais externa do átomo,
com nível de energia associado à banda de
valência.
GERMÂNIO
SILÍCIO
SELÊNIO
ÓXIDO DE COBRE
COMPONENTES SEMICONDUTORES
PILHA SECA
ÁTOMO EM EQUÍLIBRIO
ELÉTRON
• PRÓTON
• NÊUTRON
ELÉTRON
Pólo + / Pólo • O ponto de maior concentração de elétrons é dito
pólo negativo ( - ), enquanto que o outro ponto,
consequentemente de menor concentração de
elétrons é dito pólo ( + ).
PÓLO +
MENOR CONCENTRAÇÃO DE CARGA ELÉTRICA
PÓLO MAIOR CONCENTRAÇÃO DE CARGA ELÉTRICA
TENSÃO ELÉTRICA
• A tensão elétrica, ou diferença de potencial
elétrico (DDP), é a diferença da concentração
de elétrons entre dois pontos do circuito de
corrente.
FORÇA ELETROMOTRIZ
• A tensão V ou U (valor absoluto) é a força
elétrica (pressão) que desloca os elétrons através
de um circuito fechado.
• Está é a razão por que a tensão elétrica que se
desenvolve internamente em um gerador é
chamado de força eletromotriz (f.e.m),
designada por E e é medida em Volts (V).
CHAVE
CONSUMIDOR
GERADOR
• O acúmulo de elétrons num
corpo é chamado de
carga elétrica.
• O deslocamento de elétrons é
designado por corrente elétrica.
CORRENTE ELÉTRICA
SENTIDO CONVENCIONAL
GRANDEZAS ELÉTRICAS
GRANDEZA
SÍMBOLO
UNIDADE
SI
TENSÃO
V
Volt (V)
CORRENTE
U (valor absoluto)
E (f.e.m)
I
Ampère (A)
(INTENSIDADE
DA CORRENTE ELÉTRICA)
RESISTÊNCIA
R
Ohms (Ω)
GERADORES
• Para que exista corrente elétrica em um
condutor, é necessário que a seus terminais
seja aplicada uma diferença de potencial (ddp)
ou tensão elétrica.
• O dispositivo que tem por finalidade produzir
esta ddp é denominado gerador.
• As forças necessárias ao deslocamento dos
elétrons “livres”, a tensão elétrica pode ser
gerada das seguintes maneiras:
• Pela Ação Química:
• Dois metais diferentes, ou um metal e um
carvão, são imersos num líquido condutor de
corrente elétrica (água com sal, ácidos ou
lixívia). Desenvolve-se assim uma DDP ou tensão
elétrica.
• Ex: Pilha e acumulador.
• Pela Ação Química:
• É o caso dos geradores eletroquímicos, como
pilhas, baterias e acumuladores, que aproveitam
a energia proveniente das reações químicas em
seu interior para. dar origem à ddp
• Por Indução eletromagnética:
• Movimentando-se um condutor elétrico através
de um campo magnético, aparece no primeiro
uma DDP.
• Ex: Máquinas elétricas.
Motor Elétrico
• Por Indução eletromagnética:
• É o caso da maior parte dos geradores de grande
porte, que a partir da ação de forças
eletromagnéticas sob as cargas elétricas em um
condutor dá origem à ddp e consequentemente
corrente elétrica.
Motor Elétrico
• Por Aquecimento:
• Pelo aquecimento do ponto de solda de dois
metais diferentes, resulta uma tensão elétrica.
• Ex: Termoelemento e Pirômetro.
Pirômetro Infravermelho Portátil
• Por Aquecimento:
• É o caso dos pares termoelétricos, que consiste
no aquecimento de uma junção ou ponto de
solda de dois metais diferentes, como, por
exemplo, ferro e constantan, que dá origem à
ddp.
CONSTANTAN
FERRO
Pirômetro óptico e Termômetro Lutron
TM-939 (-20..+650ºC)
•
•
•
•
•
•
O Lutron TM-939, possui dois instrumentos em um ou
seja, pirômetro óptico Infravermelho para a faixa de -20...+650
ºC e Termômetro de contato para até 1700ºC.
O seus sistema de mira laser permite definir com precisão o
local onde a temperatura é medida pelo pirômetro óptico.
Possui emissidade ajustável para permitir medições em
materiais diferentes sem os erros encontrados em pirômetros
ópticos de emissividade fixa.
O seu circuito microprocessado permite armazenar a última
leitura bem como a máxima e a mínima. Podem ser feitas
medidas relativas ou seja, a diferença de temperatura entre
dois locais distintos (duas leituras).
A maioria dos termopares pode ser conectada ao termômetro
TM-939, o que permite o uso em uma ampla faixa de
temperaturas desde as mais baixas usando o termopar tipo T,
até as mais elevadas usando o termopar tipo R, tornando este
instrumento em um verdadeiro "coringa" na medição de
temperatura.
Possui interface para computador ou CLP padrão RS-232, o que
possibilita a transferência das leituras via porta serial.
• No caso dos geradores por aquecimento e por
pressão, a potência elétrica obtida é muito
pequena, da ordem de miliwatts, e por essa
razão são também citados como transdudores.
Podemos ainda definir
geradores como
dispositivos que
transformam um tipo
qualquer de energia em
energia elétrica.
• Por Luz:
• Perante a incidência de um fecho luminoso
sobre uma camada de selênio ou de telúrio
depositada sobre um corpo de ferro, forma-se
uma DDP.
• Ex: Células fotoelétricas.
Telúrio - Te
Selênio - Se
• Pela ação da luz:
• É o caso dos geradores fotoelétricos que, por
exemplo, com a incidência de luz sob uma
camada de selênio, depositada sobre uma
camada de ferro, dá origem à corrente elétrica,
por exemplo, baterias solares
• Por Atrito:
• Atritando uma haste de vidro com um pedaço
de couro, ou uma haste de ebonite em lã, as
hastes ficam eletrizadas, ou seja, os elétrons se
acumulam ou são atraídos sobre as mesmas.
• Ex: Eletricidade estática.
Pulseira antiestática
• Por Cristais Piezelétricos:
• Alguns cristais, destacando-se o quartzo, tem a
propriedade de desenvolver cargas elétricas,
quando superfície ficam sob a ação de
solicitações mecânicas de tração ou de
compressão.
• Ex: Cristais de quartzo.
• Por pressão:
• É o caso de certos cristais denominados
piezelétricos (quartzo e turmalina) que, quando
submetido a esforços de tração ou compressão,
dá origem a uma ddp. São utilizados em
microfones, agulhas de toca discos etc.
Transformando energia mecânica em elétrica.
Microfone Dreamer
UHF AR 502 Duplo
S/ Fio
TURMALINA
CHIP DE CLOCK
SINAL DIGITAL
0
1
0
1
0
1
0
1
0 1
0
1
GERADORES DE TENSÃO E
CORRENTE
• Os geradores são denominados de acordo
com o elemento que os caracteriza, como, por
exemplo, denominados gerador de tensão
aquele que mantém constante a tensão em
seus terminais, independente da corrente
elétrica que o percorre.
• Gerador de corrente é aquele que mantém
constante
a
corrente
no
circuito,
independente da tensão em seus terminais.
ELETRÔNICA
• Parte da Física dedicada ao estudo do
comportamento de certos circuitos elétricos , ou
à fabricação deles.
• Thomas Alva Edison , norte americano,
inventa e industrializa vários dispositivos
eletroeletrônicos, dando início à ELETRÔNICA
como técnica industrial.
• Das suas invenções derivou a válvula, por John
Ambrose Fleming em 1904, aperfeiçoada em
1907 pelo francês Fernand Forest.
• Ela foi durante décadas o principal
componente eletrônico.
• Em 1883, o conhecido inventor Thomas Alva
Edison (1847-1931) estava em seu laboratório
trabalhando com lâmpadas elétricas de filamento quando
um fenômeno curioso lhe chamou a atenção.
• Uma placa metálica havia sido introduzida na parte
superior de uma lâmpada elétrica comum, bem em frente
ao filamento metálico. Acendendo a lâmpada e ligando a
placa metálica ao pólo positivo de uma bateria e o
filamento da lâmpada ao pólo negativo, era possível medir
uma corrente elétrica fluindo. Na época, Edson não soube
explicar o que estava acontecendo.
• ... Como poderia haver tal corrente elétrica se a placa metálica
estava isolada, isto é, não encostava no filamento?
• ... O que estava “fechando o circuito” entre a placa e o filamento?
• Hoje se sabe que tal fenômeno (chamado “efeito termoiônico”)
deve-se ao fato de o filamento emitir uma grande quantidade de
elétrons que são atraídos pela placa, estabelecendo assim uma
corrente elétrica.
• O efeito termoiônico deve-se à estrutura atômica dos metais. Todo
corpo metálico possui elétrons livres que, a qualquer temperatura,
possuem um movimento desordenado em virtude de sua agitação
térmica. À temperatura ambiente, os elétrons não conseguem se
libertar-se do metal porque são atraídos pelos íons positivos da
rede cristalina e não possuem energia suficiente para vencer esta
atração. Contudo, se a temperatura do corpo for aumentada, a
agitação térmica dos elétrons também aumentará e um grande
número deles conseguirá escapar da atração dos íons positivos.
Estes elétrons que escapam do material passam a formar uma
nuvem eletrônica próxima à superfície do corpo. Se houver um
outro corpo metálico positivamente carregado próximo a essa
nuvem, os elétrons serão atraídos e uma corrente elétrica se
estabelecerá.
• Algum tempo depois, um físico inglês, John Ambrose Fleming,
percebeu que a descoberta de Edison podia ser bastante útil para
melhorar a recepção de sinais de rádio. Na época, já se conseguia
gerar ondas de rádio para transmitir informação; a grande
dificuldade era a recepção dos sinais. No início, utilizava-se certos
tipos de cristais capazes de conduzir corrente elétrica em um
determinado sentido. Eram chamados “cristais retificadores” e
serviam para separar a onda portadora da informação que ela
carregava. A idéia de Fleming era utilizar o efeito termoiônico em
dispositivos que viessem a substituir os cristais retificadores. Esses
dispositivos ficaram conhecidos como “válvulas termoiônicas”.
• As primeiras válvulas eram do tipo “diodo” (possuíam dois
eletrodos) e nada mais eram do que uma adaptação da lâmpada
com a qual Edison descobriu o efeito termoiônico. Consistiam de
um cilindro metálico (o catodo, isto é, o eletrodo negativo), que era
aquecido por meio de um filamento existente em seu interior. Este
cilindro era envolvido por outro, também metálico, que constituía o
anodo da válvula (o eletrodo positivo). Aplicando-se uma tensão
elétrica aos dois eletrodos, os elétrons que eram emitidos pelo
catodo aquecido em virtude do efeito termoiônico dirigiam-se para
o anodo. Os eletrodos eram envolvidos em uma cápsula
(geralmente de vidro) e no seu interior era feito vácuo(a fim de
facilitar o deslocamentos dos elétrons).
VÁLVULA DO INÍCIO DO SÉCULO
VÁLVULA
LÂMPADA DE THOMAS EDISON
John Ambrose Fleming
ENGENHEIRO ELETRÔNICO E FÍSICO BRITÂNICO
Fernand Forest
TRANSISTORES
• A invensão do Rádio foi feita em 1890 pelo
italiano Guglielmo Marconi e simultaneamente
pelo russo Aleksander Popov.
• Sua produção em escala industrial transformou a
ELETRÔNICA em um ramo altamente lucrativo,
provocando grande progresso e interesse pela
matéria. Em 1946, nos Estados Unidos, foi
vendido o primeiro receptor comercial de
Televisão.
Guglielmo Marconi
Aleksander Popov
• No Brasil, foi em 1922 que a radiodifusão
sonora foi apresentada. O primeiro contato
com uma estação transmissora de rádio
ocorreu no Rio de Janeiro. A então capital da
República festejava o Centenário da
Independência do Brasil.
TV TUPI
COMPONENTES ELETRÔNICOS
SÍMBOLOS DOS PRINCIPAIS COMPONENTES ELETRÔNICOS